std::unordered_map 析构函数不释放内存？

Posted 2023-02-21

【中文标题】std::unordered_map 析构函数不释放内存？

【英文标题】：std::unordered_map destructor does not free memory?

【发布时间】：2020-02-07 11:07:08

【问题描述】：

根据标准，当 std::unordered_map 的析构函数被调用时（例如，当它离开创建它的范围时），人们期望它分配的内存被释放。然而，我在多台机器上运行的一个简单实验似乎与此冲突？考虑以下程序：

    #include <chrono>
    #include <iostream>
    #include <map>
    #include <unordered_map>
    #include <memory>
    #include <thread>
    #include <vector>

    void CreateMap() 
        std::unordered_map<int, int> testMap;

        for (int i=0; i < 10000000; i++) 
            testMap[i] = 5;
        

        std::cout << "finished building map" << std::endl;

        std::this_thread::sleep_for (std::chrono::seconds(15));

        std::cout << "about to exit from CreateMap()" << std::endl;
    

    int main()
    
        CreateMap();

        CreateMap(); 

        CreateMap();
    while (true) 
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    

    return 0;

在我的机器上，地图构建完成时会消耗 10% 的 RAM，但最后我们在 CreateMap() 中休眠。然而，在退出 RAM 后仅下降到 8%（可以使用各种大小的地图来显示地图本身负责超过 2%）所以人们会期望 CreateMap 泄漏内存？然而，对 CreateMap() 的 3 次调用或仅一次调用似乎没有任何区别（因此内存被回收到程序而不是 RAM？）。

这可能是我不理解的操作系统内存管理的奇怪之处吗？即，程序可以释放内存以供自己将来使用（未来分配）但不能释放给操作系统（即用于内存分配在其他程序中）？

【问题讨论】：

编译器的标准（或运行时）库附带了一个堆管理。每当内存不足时，它都会尝试从操作系统获取更多。当在 C++ 中释放内存时，它不一定会返回给操作系统，但通常可能会保留在“空闲”列表中以供以后的请求使用。因此，在使用操作系统内存检查工具时，您可能看不到这些可用内存。

操作系统不必立即释放为您的进程分配的页面，因此在检查内存时仍然可以计算它们（取决于如何检查内存）。

仅供参考：CS: How is heap memory allocated to a process?

今天早上有人问了一个非常相似的问题。你可能有兴趣阅读this answer。

@Mathemagician：根据操作系统和分配器，它甚至可以通过向操作系统提供提示来协助这个过程，例如在 Linux 上，当没有剩余分配为 MADV_DONTNEED 时，它可能会 madvise mmaped 页面（通常是块大小的一小部分），这告诉操作系统它可以删除数据；如果稍后访问这些页面，操作系统只会按需提供它们并填充零。所以从技术上讲，内存仍然是“分配的”（虚拟地址空间仍在使用中，如果需要可以访问内存），但没有使用物理 RAM 或交换文件。

【参考方案1】：

你测试错了。代码不会泄漏，但释放的内存不一定可用于其他进程（您正在测量的内容） - 它可能仍会被同一进程声明以供将来分配。

例如，在移除无限循环并减少i 的限制以适应我的测试沙箱之后，我在 Valgrind 下运行代码：

valgrind --leak-check=full ./60112215   
==3396096== Memcheck, a memory error detector
==3396096== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==3396096== Using Valgrind-3.15.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==3396096== Command: ./60112215
==3396096== 
finished building map
about to exit from CreateMap()
finished building map
about to exit from CreateMap()
finished building map
about to exit from CreateMap()
==3396096== 
==3396096== HEAP SUMMARY:
==3396096==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==3396096==   total heap usage: 300,044 allocs, 300,044 frees, 13,053,168 bytes allocated
==3396096== 
==3396096== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==3396096== 
==3396096== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
==3396096== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)

如果你想真正亲自演示一下，可以多次调用CreateMap()，看看进程的内存使用量并没有增加：

int main()

    for (auto i = 0;  i < 100;  ++i) 
        CreateMap();
    

这显然是在重复使用上一次迭代中释放的内存。

【参考方案2】：

确保std::unordered_map 不会泄露。您不能使用系统监视器来检查您的程序是否泄漏，期间。如果有的话，您应该查看物理内存使用情况，而不是总内存或虚拟内存。由于页面可以交换到磁盘（页面文件），因此即使物理内存也不能准确反映 RAM 的使用情况。即使那样，例如优化。操作系统或 c++ 语言级别可能会重用堆内存 (as mentioned in comment) 进行优化。涉及的因素太多，而且对于像检测泄漏内存这样微妙的事情来说，它的总价值太大了。寻找泄漏的一种简单（并且通常有效）的方法是在程序终止时查看堆，例如。使用_CrtSetDbgFlag 或类似工具。不用说，避免手动内存管理和使用所有权语义在避免代码泄漏方面大有帮助。